DE3545952C2

DE3545952C2 -

Info

Publication number: DE3545952C2
Application number: DE3545952A
Authority: DE
Inventors: Fukukazu Nakasato; Takahiko Adachi; Michitaka Fujita; Eisuke Kawamura; Susumu Kitakyushu Fukuoka Jp Kiyokoba
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1990-01-11
Also published as: CA1262226A; DE3545952A1; LU86228A1; CA1262226C

Description

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren zur Herstellung von Stahlstäben mit verbesserter Kaltzähigkeit gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches sowie die hierbei erhaltenen Stahlstäbe.

In den letzten Jahren hat die Nachfrage für Stahlstäbe zur Armierung von Beton, der in Umgebungen mit niedriger Temperatur verwendet werden soll (beispiels weise bei der Herstellung von Betonkonstruktinen in kalten Bereichen oder Po larregionen, von Betongefriereinrichtungen, Behältern für verflüssigte Gase ein schließlich verflüssigtes Erdgas und verflüssigtes Propan und dergleichen) stän dig zugenommen.

Als Materialien zur Herstellung von Armierungsstahlstäben für die Anwendung bei tiefen Temperaturen, die bei den oben angesprochenen Anwendungszwecken für Stahlbeton verwendet werden, sind ein 9% Nickel enthaltender Stahl und ein austenitischer Stahl mit hohem Mangangehalt entwickelt worden, haben jedoch aufgrund ihrer hohen Kosten wegen des hohen Gehalts an kostspieligen Legie rungselementen nur sehr begrenzte Anwendung gefunden.

Bei typischen Bauwerken aus Stahlbeton werden verstärkende Stahlstäbe gemäß der japanischen Industrienorm JIS G 3112 (Stahlstäbe mit einer Streckgrenze im Bereich von 412 bis 422 N/mm², die durch Warmwalzen bei einer Fertigwalztem peratur von 1000 bis 900°C nach dem Erhitzen auf 1100 bis 1250°C hergestellt worden sind) verwendet. Diese Stahlstäbe sind jedoch zur Anwendung bei oder oberhalb der Raumtemperatur ausgelegt und ihre mechanischen Eigenschaften, namentlich ihre Zähigkeit, verschlechtern sich stark, wenn sie den oben ange sprochenen tiefen Temperaturen ausgesetzt werden, insbesondere extrem niedri gen Temperaturen von unterhalb -100°C.

Demzufolge sind in jüngster Zeit erhebliche Anstrengungen unternommen wor den, Stahlstäbe zu entwickeln, die die erforderliche hohe Festigkeit und hohe Zä higkeit auch dann besitzen, wenn sie extrem niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, wie man sie in Tanks für verflüssigtes Propan (-60°C oder darunter) oder flüssiges Ethylen oder für verflüssigtes Erdgas (-100°C oder darunter) antrifft. Diese Versuche haben jedoch nicht zu Stahlstäben mit zufriedenstellenden me chanischen Eigenschaften bei extrem niedrigen Temperaturen geführt.

Wie bereits angesprochen wurde ist anzunehmen, daß ein zunehmendes Bedürf nis für preiswerte Stahlstäbe besteht, die bei tiefen Temperaturen eine verbesser te Festigkeit und Zähigkeit aufweisen.

Aus der DE-OS 27 33 977 ist ein Verfahren zum Auswalzen und Formen von Eisenknüppeln unter Anwendung einer Rund/Oval-Walzenanordnung bekannt.

Aus der DE-OS 34 41 087 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Stahlstäben mit verbesserter Kaltzähigkeit bekannt, bei dem ein Stahl der im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebenen Zusammensetzung auf eine das anschließende Warmwalzen erlaubende, aber 1000°C nicht übersteigende Temperatur erhitzt wird, der erhitzte Knüppel unter solchen Bedingungen durch Warmwalzen zu ei nem Stab verformt wird, daß die Fertigwalztemperatur nicht höher als 850 und die Gesamtquerschnittsverminderung im Temperaturbereich zwischen 880 und der Fertigwalztemperatur mindestens 60% beträgt und der warmgewalzte Stab dann durch Luftkühlung auf Raumtemperatur gebracht wird. Wenngleich die in dieser Weise hergestellten Stahlstäbe eine verbesserte Kaltzähigkeit aufweisen, vermö gen sie nicht nur im Hinblick auf diese Eigenschaft, sondern auch bezüglich ihrer Streckgrenze und ihrer Zugfestigkeit nicht zu befriedigen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung derart zu verbessern, daß man Stahlstäbe mit verbesserter Kaltzähigkeit und verbesserter Streckgren ze und Zugfestigkeit erhält.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen eine bevorzugte Aus führungsform dieses Verfahrens sowie nach diesem Verfahren erhältliche Stahl stäbe.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man einen gewalzten Stahl mit einem Gefüge mit fein dispergierten ferritischen und bainitischen Phasen mit eine durchschnittlichen Korngröße von nicht mehr als 5,0 µm, vorzugsweise 2 bis 4 µm, wobei die bainitischen Phasen vorzugsweise in einer Menge von 30 bis 70 Vol.-% in der ferritischen Phase dispergiert sind. Die feinkörnigen bainitischen Phasen üben eine günstige Wirkung auf die Verbesserung der Festigkeit des Stahls aus, so daß der warmgewalzte Stahl eine signifikant verbesserte Festigkeit, d. h. eine Streckgrenze von mindestens 392 N/mm² aufweist. Da die Körner sehr fein sind, zeigt der warmgewalzte Stahl weiterhin eine signifikant verbesserte Kaltzä higkeit. Insoweit werden durch die erfindungsgemäße Zwangskühlung Stahlstä be erhalten, deren mechanische Eigenschaften frei von anisotropen Verhalten sind und die eine verbesserte Streckgrenze und Zugfestigkeit aufweisen. Durch den erfindungsgemäßen Anlaßvorgang wird eine Zunahme der Festigkeit von et wa 49 bis 981 N/mm² erreicht und gleichzeitig die Kaltzähigkeit verbessert.

Bevorzugte Bereiche für die Bestandteile des erfindungsgemäß eingesetzten Stahls sind die folgenden:

Kohlenstoff:
0,004 bis 0,8%
Silicium:	0,20 bis 0,30%
Mangan:	1,80 bis 2,00%
Molybdän:	0,30 bis 0,40%
Niob:	0,03 bis 0,07%
Aluminium:	0,020 bis 0,060%
Kupfer:	0,15 bis 0,25%
Nickel:	0,05 bis 0,50%
Chrom:	0,30 bis 0,80%
Titan:	0,015 bis 0,030%
Bor:	0,0005 bis 0,0020%

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrenns wird der Rohblock oder Rohknüppel für die Durchführung des Warmwalzens vorzugsweise auf eine Tem peratur vor etwa 900 bis 1000°C, noch bevorzugter von 900 bis 950°C erhitzt.

Bei dem Walzvorgang ist es von Vorteil, die Verminderung der Dicke pro Durch gang bei einem konstanten Wert von 10% oder mehr bei jedem der letzten zwei n- Durchgänge zu halten, worin "n" für eine ganze Zahl steht und wobei das Warm walzen während dieser letzten zwei n-Durchgänge unter Anwendung einer Oval/Rundwalzen-Anordnung durchgeführt wird. In dieser Weise wird eine Be einträchtigung der Zähigkeit durch Ausbildung einer Walztextur verhindert, die sich dadurch ergeben kann, daß die Kristallrichtung <011< der Walzrichtung ent spricht und eine Kristallebene {100} der Ebene senkrecht zu der letzten Quer schnittsverminderungsrichtung entspricht.

Vorzugsweise arbeitet man bei einer Fertigwalztemperatur im Bereich von 850 bis 750°C, noch bevorzugter im Bereich von 825 bis 775°C. Wenn man bei einer Fertig walztemperatur unterhalb von 750°C arbeitet, nimmt der Stahl ein austeniti sches und ferritisches Doppelphasengefüge an, wobei das ferritische Gefüge beim Walzen eine Beeinträchtigung der Zähigkeit verursacht.

Erfindungswesentlich ist die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Warmwalzen, die durch Zwangskühlung auf einen Wert von 3 K/s oder mehr eingestellt wird und zur Ausbildung von feinverteiltem Korn mit einem Durchmesser von 5,0 µm oder weniger führt. In dieser Weise läßt sich eine deutliche Verbesserung der Fe stigkeit und der Zähigkeit erreichen.

Diese Zwangskühlung kann durch Zzwangsluftkühlung, Sprühnebelkühlung oder Wasserkühlung erreicht werden, und zwar unmittelbar nach dem Warmwalzen. Die Temperatur, bei der die Zwangskühlung unterbrochen wird, ist erfindungsge mäß nicht definiert. Es ist jedoch erwünscht, die Zwangskühlung innerhalb des Temperaturbereiches von 350°C bis Raumtemperatur durchzuführen.

Wenn die Kühlgeschwindigkeit weniger als 3 K/s beträgt, ergibt sich ein grobes Ge füge mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 5,0 µm oder mehr, was zu einer Beeinträchtigung der Kaltzähigkeit führt.

Die erfindungsgemäße Maßnahme des Anlassens bei Temperaturen von 500 bis 700°C führt zu einer Steigerung der Streckgrenze und einer weiteren Verbesserung der Zähigkeit.

Bei einer Anlaßtemperatur von weniger als 500°C erreicht man keine ausreichend zufriedenstellenden Ergebnisse, während bei einer Temperatur von mehr als 700°C eine Rekristallisation der ferritischen und bainitischen Phasen oder der feinkörnigen ferritischen Phase auftreten kann, was zu einer Zerstörung der feindispergierten Phase(n) führt, was wiederum zu einer Beeinträchtigung der Zä higkeit Anlaß gibt. Der bevorzugte Bereich für die Anlaßtemperatur erstreckt sich von 575 bis 625°C.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Man bereitet verschiedene Stahlschmelzen der in der nach folgenden Tabelle I angegebenen chemischen Zusammenset zung unter Anwendung üblicher Schmelzmethoden und ver gießt diese zu Rohblöcken mit quadratischen Querschnit ten und einer Kantenlänge von 160 mm. Jeder Rohblock wird dann auf 950°C erhitzt und durch Warmwalzen zu einem run den Stab mit einem Durchmesser von 25 mm unter solchen Bedingungen verformt, daß die gesamte Querschnittsverrin gerung im Temperaturbereich unterhalb 880°C 90% und die Fertigwalztemperatur 800°C betragen.

Nach dem Fertigwalzen wird der erhaltene Rundstab mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 K/s auf Raumtempera tur zwangsgekühlt.

Die in dieser Weise fertiggewalzten Rundstäbe werden mi kroskopisch untersucht und einer Zug- und Stoßprüfung unterworfen.

Bei der mikroskopischen Untersuchung wird das Mikrogefüge der gewalzten Proben mikroskopisch untersucht, um die ferritischen, bainitischen und perlitischen Phasen zu unterscheiden und die Korngrößen zu bestimmen.

Die Zugprüfung erfolgt unter Anwendung von Probestäben gemäß der japanischen Industrienorm JIS Nr. 4 mit einem Meßbereich mit einem Durchmesse von 14 mm, welche durch spanabhebende Bearbeitung aus den gewalzten Stäben herge stellt werden. Die Probestäbe werden bezüglich der Streck grenze bei einer Gesamtdehnung von 0,5%, der Zugfestig keit, der Dehnung (bei einer Meßbereichslänge von 50 mm) und der Querschnittsverringerung untersucht.

Die Schlagprüfungen bzw. Stoßprüfungen werden mit Hilfe von Charpy-Prüfkörpern gemäß der japanischen Industrie norm JIS Nr. 4 durchgeführt, welche Prüfkörper eine 2 mm tiefe V-Kerbe aufweisen. Man bestimmt die Kaltzähigkeit eines jeden Stahlstabs durch Bestimmen der bei -120°C absorbierten Energie (vE _-120) und der Übergangstempera tur für das Auftreten von Rissen (die Temperatur, bei der der Übergang von duktilem Zustand zu Sprödbrüchen auftritt) (vTrs).

Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgen den Tabelle II zusammengestellt.

Wie aus den in der Tabelle II angegebenen Zahlenwerten ersichtlich ist, zeigen die Stähle A bis P, deren Zusam mensetzung der Erfindungsdefinition entspricht und die in der erfindungsgemäßen Weise verarbeitet worden sind, ein kombiniertes Mikrogefüge aus feindispergierten fer ritischen und bainitischen Phasen, deren durchschnittli cher Korndurchmesser 5,0 µm oder weniger beträgt, wobei die Streckgrenze mindestens 392 N/mm² be trägt und der vE _-120-Wert etwa 294 Nm betra gen. Somit werden erfindungsgemäß die Festigkeit und die Zähigkeit in vorteilhafter Weise verbessert. Weiterhin ist der vTrs-Wert bei jedem der Stähle niedriger als -120°C und selbst bei einer Temperatur von -120°C er folgt kein Sprödbruch.

Im Gegensatz dazu zeigen die Stähle Q bis W, deren Zusam mensetzung außerhalb des erfindungsgemäß definierten Be reichs liegt, trotz der Tatsache, daß sie unter Anwen dung der Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt worden sind, einen niedrigen vE _-120-Wert und einen vTrs-Wert von mehr als -120°C. Dabei treten Spröd brüche bei -120°C auf. Diese Stähle besitzen daher keine zufriedenstellenden Zähigkeitseigenschaften. Weiterhin zeigen einige dieser Stähle eine Streckgrenze von weni ger als 392 N/mm², so daß auch deren Fe stigkeitseigenschaften unzureichend sind.

Beispiel 2

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 werden Stahlknüp pel aus dem Stahl A des Beispiels 1 mit einem quadrati schen Querschnitt mit einer Seitenlänge von 160 mm herge stellt und unter Anwendung variierender Bedinungen durch Warmwalzen zu Rundstäben mit einem Durchmesser von 25 mm verformt.

Nach dem Fertigwalzen werden die erhaltenen Rundstäbe mit Luft mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 K/s auf Raum temperatur zwangsgekühlt.

Die in dieser Weise erhaltenen fertiggewalzten Stahlstäbe werden bezüglich ihres Mikrogefüges, ihrer Zugeigenschaf ten und ihrer Kaltzähigkeit in der in Beispiel 1 angege benen Weise untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchun gen sind in der Tabelle III zusammengestellt.

Wie aus der Tabelle III zu ersehen ist, ergibt sich selbst bei Anwendung eines Stahls der erfindungsgemäßen Zusammen setzung, der nach dem Warmwalzen in der erfindungsgemäßen Weise abgekühlt worden ist, jedoch unter Anwendung von außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereichs warm gewalzt worden ist, ein Stahlstab mit unzureichender Fe stigkeit und/oder Zähigkeit, so daß die angestrebten Wer te bezüglich der Streckgrenze von 392 N/mm² oder mehr und dem vTrs-Wert von -120°C oder darunter nicht erreicht werden können.

Beispiel 3

Stahlknüppel aus dem Stahl A der in der Tabelle I angege benen Zusammensetzung mit einem quadratischen Querschnitt und einer Seitenlänge von 160 mm werden nach dem Warmwal zen unter Anwendung der folgenden Bedingungen gekühlt, um den Einfluß der Kühlgeschwindigkeit zu bestimmen:

Anfangstemperatur des Knüppels:\|950°C
Gesamtquerschnittsverminderung unterhalb 880°C:	90%
Fertigwalztemperatur:	800°C

In dieser Weise bildet man Rundstäbe mit einem Durchmes ser von 25 mm, die dann mit einer Kühlgeschwindigkeit, die sich von derjenigen der Luftkühlung (0,8 K/s) bis zu derjenigen von Wasserkühlung (100 K/s) erstreckt, zwangsgekühlt.

Die erhaltenen Rundstäbe werden bezüglich ihres Mikroge füges, ihrer Festigkeit und ihrer Zähigkeit in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise untersucht.

Wie aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen, die in der Tabelle IV angegeben sind, hervorgeht, übt die Kühlge schwindigkeit einen großen Einfluß auf die Tieftempera turzähigkeit aus. So beträgt bei einer Abkühlgeschwin digkeit von 3 K/s oder mehr die absorbierte Stoßenergie bei einer Temperatur von -120°C etwa 294 Nm. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit jedoch geringer als 3 K/s beträgt, umfaßt das erhaltene Gefüge Kristallkörnchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 5,0 µm, wodurch die absorbierte Stoßenergie bei -120°C in bemerkenswerter Weise abnimmt, was zu einem Spröd bruch bei einer Temperatur von -120°C führt.

Beispiel 4

Unter Anwendung der in Beispiel 1 angegebenen Verfahrens weise werden Stahlknüppel aus den Stählen A und L des Beispiels 1 mit quadratischem Querschnitt mit einer Sei tenlänge von 160 mm hergestellt und für die Herstellung von Stahlrundstäben mit einem Durchmesser von 25 mm ein gesetzt. Nach dem Fertigwalzen werden die erhaltenen Rund stäbe mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 K/s auf Raum temperatur zwangsgekühlt.

Wie in der nachfolgenden Tabelle V angegeben ist, werden die erhaltenen Stahlrundstäbe dann während 1 Stunde bei 480 bis 720°C getempert und anschließend an der Luft ab gekühlt. Die in dieser Weise erhaltenen Stahlstäbe wer den bezüglich ihres Mikrogefüges, ihrer Zugeigenschaften und ihrer Kaltzähigkeit in der in Beispiel 1 beschriebe nen Weise untersucht.

Wie aus den Ergebnissen dieser Untersuchung hervorgeht, die in der Tabelle V angegeben sind, zeigen die Stahlstä be, die bei 480°C getempert worden sind, im wesentlichen die gleiche Streckgrenze und den gleichen vTrs-Wert wie die gewalzten unbehandelten Stäbe und zeigen damit keinen Effekt des Temperns.

Im Gegensatz dazu ergibt sich bei der Durchführung des Temperns bei Temperaturen von 500 bis 700°C nicht nur eine deutliche Verbesserung der Streckgrenze, sondern auch eine starke Abnahme des vTrs-Werts. Somit ist er sichtlich, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die Festigkeit als auch die Zähigkeit der in Rede stehenden Stahlrundstäbe deutlich verbessert werden können. Wenn andererseits das Tempern bei einer Temperatur von mehr als 700°C durchgeführt wird, ergibt sich ein grobes Mi krogefüge, wodurch nicht nur die Festigkeit nachläßt, sondern auch die Zähigkeit.

Beispiel 5

Man bereitet verschiedene Stahlschmelzen der in der Ta belle VI als Stähle 1 bis 38 angegebenen chemischen Zu sammensetzung unter Anwendung eines üblichen Schmelzver fahrens und vergießt sie zu Knüppeln mit quadratischem Querschnitt mit einer Seitenlänge von 160 mm. Die Knüppel werden dann auf 950°C erhitzt und unter solchen Bedingun gen durch Warmwalzen zu einem Rundstab mit einem Durch messer von 55 mm verformt, daß die Gesamtquerschnitts verminderung beim Fertigwalzvorgang bei 800°C 98% be trägt. Der Warmwalzvorgang umfaßt 16 Durchgänge, wobei nach dem sechsten Durchgang vor dem Fertigwalzvorgang ei ne Oval/Rundwalzen-Anordnung angewandt wird, wobei bei jedem Durchgang eine gleich große Querschnittsverminde rung von 10% durchgeführt wird.

Nach dem Fertigwalzen läßt man den erhaltenen Rundstab an der Luft auf Raumtemperatur abkühlen.

Die in dieser Weise erhaltenen gewalzten Rundstäbe wer den bezüglich ihres Mikrogefüges, ihrer Zugeigenschaften und ihrer Stoßeigenschaften untersucht.

Bei der mikroskopischen Untersuchung wird das Mikrogefü ge der gewalzten Proben mikroskopisch untersucht, um die Korngröße der ferritischen Phase zu bestimmen.

Zur Bestimmung der Kristallstruktur einer Textur werden dünne Schichtproben aus einem Bereich bereitet, der par allel zu der Schneidrichtung verläuft, die senkrecht be züglich der Walzrichtung angeordnet ist, und es wird nicht nur unter Anwendung der Shultz′schen Reflexionsme thode, sondern auch unter Anwendung der Decker′schen Per meabilitätsmethode unter Anwendung von CoK_α-Strahlung für die gleichen Proben ein vollständiges Probenbild bereitet.

Wie aus den in der Tabelle VII angegebenen Ergebnissen hervorgeht, zeigen sämtliche Stahlstäbe der erfindungsge mäß definierten chemischen Zusammensetzung (Stähle der Nr. 1 bis 27), die unter Anwendung der Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt worden sind, eine deutlich verbesserte Festigkeit und Zähigkeit. Bei jedem der Stahlstäbe zeigte das Mikrogefüge eine feinkörnige ferritische Phase mit einer Korngröße von 5 µm oder weni ger, eine Streckgrenze von mindestens 392 N/mm² und einem vE _-120-Wert von annähernd 294 Nm. Weiterhin zeigte jeder dieser Stahlstäbe einen vTrs-Wert von weniger als -120°C, was deutlich darauf hinweist, daß diese Stäbe selbst bei einer Temperatur von -120°C kei nem Sprödbruch unterliegen. Es ist festzuhalten, daß eine die Zähigkeit beeinträchtigende Textur nicht gebildet wor den ist.

Im Gegensatz dazu zeigen Stahlstäbe, die unter Anwendung der hier definierten Warmwalzbedingungen hergestellt wor den sind, jedoch eine außerhalb des definierten Bereichs liegende chemische Zusammensetzung aufweisen (Stähle der Nr. 28 bis 38) niedrigere vE _-120-Werte und vTrs-Werte, die jeweils oberhalb -120°C liegen, was darauf hinweist, daß sie eine schlechte Zähigkeit aufweisen und bei -120°C dem Sprödbruch unterliegen. Es ist weiterhin zu erkennen, daß diese Vergleichs-Stahlstäbe nicht immer eine zufrie denstellende Festigkeit aufweisen, indem einige von ihnen eine Streckgrenze von weniger als 392 N/mm² aufweisen.

Beispiel 6

Bei diesem Beispiel werden die Aufheiztemperatur, die Ge samtquerschnittsverminderung und die Fertigwalztemperatur variiert, um deren Einfluß auf die mechanischen Eigen schaften einschließlich der Zähigkeit zu untersuchen.

Nach der spanabhebenden Bearbeitung des Stahlknüppels aus dem Stahl Nr. 6 der Tabelle VI zur Bildung von Proben mit den angegebenen Querschnittsabmessungen werden die in dieser Weise erhaltenen Proben bei einer Gesamtquer schnittsverminderung von 57 bis 98% warmgewalzt. Die Auf heiztemperatur und die Fertigwalztemperatur werden dabei ebenfalls variiert. Die Proben werden zu Stahlstäben mit einem Durchmesser von 25 mm verformt. Das Warmwalzen wird unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß bei den Durchgängen nach dem sechsten Durchgang vor dem Endwalz vorgang eine Oval/Rundwalzen-Anordnung angewandt wird, wobei bei jedem Durchgang eine gleich große Querschnitts verminderung von 10% durchgeführt wird. Nach dem Warm walzen läßt man die erhaltenen Stahlstäbe an der Luft auf Raumtemperatur abkühlen.

Dann untersucht man in der in Beispiel 1 angegebenen Wei se das Mikrogefüge, die Festigkeit, die Zähigkeit und die Textur der erhaltenen Stahlstäbe.

Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle VIII angegeben.

Wie aus der Tabelle VIII zu ersehen ist, erhält man bei der Durchführung des Wamwalzvorgangs unter Anwendung von außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereichs liegenden Bedingungen bezüglich der Aufheiztemperatur, der Gesamtquerschnittsverminderung und der Fertigwalztempera tur selbst bei Anwendung eines Stahls mit der erfindungs gemäß definierten Zusammensetzung Stahlstäbe mit unzu reichender Zähigkeit, wobei der angestrebte vTrs-Wert von -120°C oder darunter nicht erreicht werden kann.

Beispiel 7

Dieses Beispiel dient der Erläuterung des Effekts des er findungsgemäß angewandten Walzschemas.

Das Beispiel 1 wird wiederholt mit Ausnahme des angewand ten Walzschemas. Dabei werden in diesem Beispiel die An zahl der Durchgänge unter Anwendung einer Oval/Rundwal zen-Anordnung und die Dickenverminderung variiert, um das kritische Verhalten des erfindungsgemäß definierten Walz schemas, wie es in der Tabelle IX angegeben ist, zu ver deutlichen.

Die erhaltenen gewalzten Stahlstäbe werden bezüglich ih res Mikrogefüges, ihrer Zugeigenschaften, ihrer Kaltzä higkeit und ihrer Textur in der im Beispiel 1 angegebe nen Weise untersucht. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle X angegeben.

Wie aus der Tabelle X zu ersehen ist, führt selbst die An wendung eines Stahls der erfindungsgemäß definierten che mischen Zusammensetzung zu Stahlstäben mit deutlich schlechterer Zähigkeit, wenn das Warmwalzen unter Bedin gungen durchgeführt wird, die außerhalb des bezüglich des Walzschemas angegebenen Bereichs liegen.

Insbesondere ergibt sich eine Verschlechterung der Kalt zähigkeit dann, wenn nicht in jedem der letzten 2n-Durch gänge eine Oval/Rundwalzen-Anordnung angewandt wird bei gleicher Dickenverminderung von 10% oder mehr jeder dieser Anordnungen oder Walzenanlagen. Wenn die Oval/Rund walzen-Anordnung eine ungerade Anzahl von Walzengerüsten aufweist oder wenn die Dickenverminderung nicht in all diesen Walzengerüsten oder Durchgängen gleich groß ist, ist die Bildung eines texturierten Gefüges und eine Ver schlechterung der Zähigkeit zu beobachten.

Beispiel 8

Dieses Beispiel dient der Bewertung des Effekts der Kühl geschwindigkeit nach dem Warmwalzen.

Stahlknüppel aus dem in der Tabelle VI angegebenen Stahl Nr. 1 mit einem quadratische Querschnitt mit einer Sei tenlänge von 160mm werden unter Anwendung von 16 Durch gängen unter Einhaltung der nachfolgend angegebenen Be dingungen warmgewalzt:

Anfangstemperatur:\|950°C
Gesamtquerschnittsverringerung während des Warmwalzens:	90%
Fertigwalztemperatur:	800°C

Man bildet in dieser Weise Rundstäbe mit einem Durchmes ser von 25 mm, die unmittelbar nach dem Durchlaufen des Fertigwalzstandes in verschiedenartiger Weise abgekühlt werden.

Das Walzschema ist in der Weise ausgelegt, daß während der letzten Durchgänge eine Oval/Rundwalzen-Anordnung ange wandt wird, wobei die Dickenverringerung bei jedem dieser sechs Durchgänge 10% beträgt.

Das Kühlen erfolgt unter Anwendung einer der nachfolgend angegebenen drei Kühlmethoden:
Luftkühlung (Abkühlgeschwindigkeit etwa 0,8 K/s)
Sprühnebelkühlung (Abkühlgeschwindigkeit etwa 3,0 K/s)
Wasserkühlung (Abkühlungsgeschwindigkeit etwa 10 bis 100 K/s)

Die Wasserkühlung erfolgt unter Einstellung der Strömungs geschwindigkeit als auch des Strömungsdrucks zur Änderung der Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 10 K/s bis 100 K/s.

Die erhaltenen Rundstahlstäbe werden bezüglich ihres Mi krogefüges, ihrer Festigkeit, ihrer Zähigkeit und ihrer Textur untersucht. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle XI angegeben.

Wie aus der Tabelle XI ersichtlich ist, kann erfindungs gemäß eine zufriedenstellende Kaltzähigkeit auch dann er reicht werden, wenn das Kühlen nach dem Warmwalzen durch Luftkühlung erfolgt. Keine Beeinträchtigung der Kaltzähig keit wird dann beobachtet, wenn höhere Kühlgeschwindig keiten angewandt werden. Somit ist ersichtlich, daß es von Vorteil ist, die Art des Kühlens von der Lufkühlung zu Sprühnebelkühlung oder Wasserkühlung zu verändern, wenn es unter Aufrechterhaltung der Kaltzähigkeit gewünscht ist, die Festigkeit zu steigern.

Beispiel 9

Dieses Beispiel dient der Bewertung der Wirkung der Tem peratur des Tempervorgangs.

Man wiederholt das Beispiel 5 bezüglich der Stähle der Nr. 1, 12 und 24, wie sie in der Tabelle VI angegeben sind. Dabei unterwirft man Stahlknüppel mit quadratischem Quer schnitt mit einer Seitenlänge von 160 mm dem in Beispiel 1 beschriebenen Warmwalzvorgang unter Bildung von Rundstäben mit einem Durchmesser von 25 mm, die anschließend luftge kühlt werden.

Die erhaltenen Stäbe werden getempert, indem man sie wäh rend 1 Stunde auf 480 bis 720°C erhitzt und dann durch Luftkühlen auf Raumtemperatur abkühlt. Die hierbei ange wandten Bedingungen des Tempervorgangs sind in der Tabel le XII angegeben.

Die erhaltenen Rundstäbe werden bezüglich ihres Mikroge füges, ihrer Festigkeit und ihrer Zähigkeit in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise untersucht. Die erhalte nen Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle XII angege ben.

Wie aus der Tabelle XII zu ersehen ist, zeigen die getem perten Stahlstäbe bei einer Temperatur des Tempervorgangs von 480°C keine bemerkenswerte Änderung der Streckgrenze und des vTrs-Werts im Vergleich zu den gewalzten Stahl stäben, so daß das Tempern nicht den gewünschten Effekt ausübt.

Im Gegensatz dazu ergeben sich beim Tempern bei Temperatu ren im Bereich von 500°C bis 700°C Stahlstäbe mit signi fikant verbesserter Streckgrenze als auch wesentlich nie drigeren vTrs-Werten. Somit ist die Wärmebehandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wirksam zur signifikanten Verbesserung sowohl der Festigkeit als auch der Zähigkeit der gewalzten Stahlstäbe.

Wenn der Tempervorgang bei einer Temperatur von mehr als 700°C durchgeführt wird, ergibt sich jedoch eine Vergrö ßerung des Mikrogefüges des Stahls während des Tempervor gangs, was zur Folge hat, daß die getemperten Stahlstäbe eine verminderte Festigkeit und eine schlechtere Zähig keit aufweisen.

Wie oben bereits angegeben, können mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Verfahrens Stahlstäbe mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit, die auch bei extrem tiefen Tempera turen von -120°C oder darunter liegen, beibehalten wer den, mit niedrigen Kosten dadurch hergestellt werden, daß lediglich die chemische Zusammensetzung des Stahls und die Warmwalzbedingungen gesteuert werden, ohne daß es notwendig ist, kostspielige Legierungselemente in hohem Anteil zuzusetzen oder komplizierte Maßnahmen durchzu führen. Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine erhebliche Bereicherung der Technik dar.

Tabelle II

Tabelle VII

Tabelle IX

Tabelle X

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Stahlstäben mit verbesserter Kaltzähigkeit, wobei ein Knüppel aus einem Stahl, der folgenden Zusammensetzung (Gewichts basis):
0,02 bis 0,10% Kohlenstoff,
1,10 bis 2,50% Mangan,
0,010 bis 0,100% Niob,
0 bis 0,30% Kupfer,
0 bis 1,20% Chrom,
0 bis 0,0030% Bor,
weniger als 0,010% Schwefel.
nicht mehr als 0,5% Silicium,
0,15 bis 0,50% Molybdän,
0,010 bis 0,100% Aluminium,
0 bis 1,20% Nickel,
0 bis 0,05% Titan,
weniger als 0,010% Phosphor,
Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen,
auf eine das anschließende Warmwalzen erlaubende, aber 1000°C nicht überstei gende Temperatur erhitzt wird;
die erhitzte Knüppel unter solchen Bedingungen durch Warmwalzen zu einem Stab verformt wird, daß die Fertigwalztemperatur nicht höher als 850°C und die Gesamtquerschnittsverminderung im Temperaturbereich zwischen 880°C und der Fertigwalztemperatur mindestens 60% beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der warmgewalzte Stab mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3°K/s oder mehr auf Raumtemperatur zwangsgekühlt und anschließend bei Temperaturen von 500 bis 700°C angelassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Tempera turen von 575 bis 625°C angelassen wird.

3. Stahlstab aus einem Stahl, der folgenden Zusammensetzung (Gewichtsba sis):
0,02 bis 0,10% Kohlenstoff,
1,10 bis 2,50% Mangan,
0,010 bis 0,100% Niob,
0 bis 0,30% Kupfer,
0 bis 1,20% Chrom,
0 bis 0,0030% Bor,
weniger als 0,010% Schwefel,
nicht mehr als 0,5% Silicium,
0,15 bis 0,50% Molybdän,
0,010 bis 0,100% Aluminium,
0 bis 1,20% Nickel,
0 bis 0,05% Titan,
weniger als 0,010% Phosphor,
Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen,
mit einer Streckgrenze von mindestens 392 N/mm², einem vTr-Wert von -120°C oder weniger und einem vE _-120-Wert von etwa 294 Nm, erhalten nach dem Ver fahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2.